Tunnel du Fréjus, rapport complémentaire - BEA-TT

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Tunnel du Fréjus, rapport complémentaire - BEA-TT
BEA-TT
Bureau d'Enquêtes
sur les Accidents de
Transport Terrestre
les rapports
Rapport complémentaire d'enquête technique
sur l'incendie de poids lourd
survenu dans le tunnel du Fréjus
le 4 juin 2005
juin 2008
Conseil Général des Ponts et Chaussées
Le 25 juin 2008
Bureau d'Enquêtes sur les Accidents
de Transport Terrestre
Affaire n°BEATT-2005-006
Rapport complémentaire d'enquête technique
sur l'incendie de poids lourd
survenu dans le tunnel du Fréjus
le 4 juin 2005
1
Bordereau documentaire
Organisme (s) commanditaire (s) : Ministère de l'Ecologie, de l'Energie, du Développement durable
et de l'Aménagement du territoire ; MEEDDAT
Organisme (s) auteur (s) : Bureau d'Enquêtes sur les Accidents de Transport Terrestre ; BEA-TT
Titre du document : Rapport complémentaire d'enquête technique sur l'incendie de poids-lourd
survenu dans le tunnel du Fréjus le 4 juin 2005
N°ISRN : EQ-BEATT--08-5--FR
Proposition de mots-clés : Incendie, poids lourd, sécurité, détection, fumée, simulation
2
Avertissement
L'enquête technique faisant l'objet du présent rapport est réalisée dans le
cadre du titre III de la loi n°2002-3 du 3 janvier 2002, et du décret
n°2004-85 du 26 janvier 2004, relatifs aux enquêtes techniques après
accident ou incident de transport terrestre.
Cette enquête a pour seul objet de prévenir de futurs accidents, en
déterminant les circonstances et les causes de l'évènement analysé, et en
établissant les recommandations de sécurité utiles. Elle ne vise pas à
déterminer des responsabilités.
3
Sommaire
Glossaire...................................................................................................... 7
Résumé........................................................................................................ 9
1- Introduction..........................................................................................11
2- Reconstitution numérique de l'incendie du 4 juin 2005....................13
2.1- Méthode d'étude et modèles de reconstitution.................................................13
2.2- Détermination de la puissance thermique du scénario de référence................13
2.3- Etude du scénario R de référence.................................................................... 14
3- Etude de scénarios alternatifs de mise en oeuvre du désenfumage
dans le cas de l'incendie du 4 juin 2005.................................................. 15
3.1- Désenfumage centré sur le foyer de l'incendie, avec même délai de mise en
route que pour l'événement réel (scénario A)......................................................... 17
3.2- Désenfumage centré sur le foyer de l'incendie, avec mise en route au bout de
deux minutes (scénario B).......................................................................................17
4- Etude de scénarios illustrant l'influence du lieu de l'incendie et des
conditions atmosphériques...................................................................... 19
4.1- Risques mis en évidence par l'incendie du 4 juin 2005................................... 19
4.2- Présentation des scénarios alternatifs étudiés..................................................19
4.3- Cas d'un incendie à 1700 m de l'entrée française (Scénario V1).....................20
4.4- Cas d'un incendie à 8130 m de l'entrée française (Scénarios V2)................... 22
4.5- Cas d'un incendie à 10 730 m de l'entrée française (Scénario V3)..................24
5- Analyse et orientations préventives en cas de forte différence de
pression entre les têtes..............................................................................27
5.1- Prise en compte des risques d'incendie dans les consignes d'exploitation du
tunnel....................................................................................................................... 27
5.2- Orientations préventives concernant notamment les autocars.........................28
6- Expertise du poids lourd à l'origine de l'incendie (PL A)................ 31
7- Conclusions........................................................................................... 33
7.1- Facteurs de risques mis en évidence par l'étude.............................................. 33
7.2- Recommandation complémentaire...................................................................33
5
ANNEXES.................................................................................................35
Annexe 1 : Reconstitution numérique de l'incendie du 4 juin 2005 et étude de
scénarios alternatifs - Fascicule 0 : Synthèse générale de l'étude...........................37
Annexe 2 : Consigne pour le transit des véhicules en tunnel lors d'un dépassement
du seuil de différence de pression atmosphérique (SITAF/SFTRF).......................51
6
Glossaire
DAI : Détection Automatique d'Incident
CETU : Centre d'études des tunnels
CIG : Commission Intergouvernementale
MW : Mégawatt
Pa : Pascal
ppm : partie par million
7
Résumé
Le présent rapport complète le rapport provisoire d'enquête technique sur l'incendie de poids
lourd survenu dans le tunnel du Fréjus le 4 juin 2005, publié en mars 2006.
L'ensemble du rapport provisoire et de ce rapport complémentaire constitue le rapport
définitif.
Les compléments reposent essentiellement sur une étude effectuée par le CETU et qui a
porté sur :

La reconstitution numérique de l'incendie ;

l'étude de scénarios alternatifs de désenfumage ;

l'étude de scénarios illustrant l'influence du lieu de l'incendie et des conditions atmosphériques.
Cette étude a permis, parmi les 3 hypothèses de puissance d'incendie simulées (30 MW,
60 MW, 90 MW) de considérer qu'une puissance de 60 MW semble être l'hypothèse la plus proche
de la réalité, bien qu'un peu faible, Elle a mis en évidence l'importance d'une mise en oeuvre rapide
du désenfumage qui devrait normalement être obtenue grâce à la Détection Automatique d'Incendie,
mise en place depuis lors dans le tunnel.
Cette étude a également mis en évidence la persistance de situations potentiellement
dangereuses en cas d'incendie, lorsque la vitesse du courant d'air initial est élevée. C'est le cas à
proximité des têtes du tunnel, surtout lorsqu'il y a une différence de pression atmosphérique
importante entre les deux têtes de tunnel.
La consigne d'exploitation du tunnel prévoit un renforcement gradué des mesures
préventives en fonction de cette différence de pression atmosphérique ; toutefois, le problème
particulier posé par la présence possible d'autocars, lors d'un incendie survenant dans un tel
contexte, devrait être l'objet d'une attention renforcée.
En conséquence, une recommandation complémentaire aux concessionnaires, à la
Commission intergouvernementale et au Préfet de la Savoie est émise, visant à mieux protéger le
transit des autocars dans le tunnel et à vérifier l'efficacité des dispositions prévues pour la mise à
l'abri des voyageurs en autocars en invitant les concessionnaires à les faire tester lors d'exercices.
9
1- Introduction
Le présent rapport complète le rapport provisoire d'enquête technique sur l'incendie de poids
lourd survenu dans le tunnel du Fréjus le 4 juin 2005, publié en mars 2006.
L'ensemble du rapport provisoire et de ce rapport complémentaire constitue le rapport
définitif.
Les compléments reposent essentiellement sur une étude effectuée par le CETU* et qui a
porté sur :

La reconstitution numérique de l'incendie ;

l'étude de scénarios alternatifs de désenfumage ;

l'étude de scénarios illustrant l'influence du lieu de l'incendie et des conditions atmosphériques.
La synthèse de ces études figure en annexe 1, l'ensemble est publié sur le site internet du
BEA-TT.
Par ailleurs, l'achèvement de l'expertise complète du poids lourd à l'origine de l'incendie a
permis d'apporter un éclairage complémentaire sur le fait générateur de cet événement.
* Terme figurant dans le glossaire
11
2- Reconstitution numérique de l'incendie du 4 juin 2005
2.1- Méthode d'étude et modèles de reconstitution
L'étude réalisée par le CETU à la demande du BEA-TT a utilisé principalement un modèle
numérique dit CFD (Computational Fluid Dynamics) effectuant une simulation tridimensionnelle
des conditions rencontrées dans le tunnel dans les différentes hypothèses analysées.
Sur cette base ont été précisées les conditions les plus plausibles du déroulement de
l'incendie du 4 juin 2005, notamment en ce qui concerne la puissance thermique dégagée. Le
scénario de référence R de l'incendie reconstitué a ainsi pu être analysé, ainsi que deux scénarios
alternatifs A et B correspondant à des hypothèses différentes de mise en oeuvre du désenfumage.
Par la suite, l'étude a été poursuivie à l'aide d'un modèle plus simple (monodimensionnel)
pour d'autres scénarios d'incendies similaires, avec différentes hypothèses de localisation dans le
tunnel ou de conditions atmosphériques externes.
Les caractéristiques de ces modèles ainsi que les résultats obtenus sont décrits dans le
rapport établi par le CETU ; on trouvera en annexe au présent rapport le fascicule 0 « synthèse
générale de l'étude », l'ensemble du rapport du CETU étant par ailleurs accessible sur le site internet
du BEA-TT (www.bea-tt.equipement.gouv.fr)
Il convient de rappeler les précautions mentionnées en page 4 de l'étude du CETU
concernant les limitations des simulations. De plus, la combustion des autres poids lourds rend
d'autant plus complexes ces simulations.
2.2- Détermination de la puissance thermique du scénario de référence
La reconstitution numérique du scénario de référence a été réalisée en conservant tous les
paramètres connus de l'incendie réel : position du foyer, conditions atmosphériques, mise en oeuvre
du désenfumage ; seule la puissance de l'incendie a dû faire l'objet d'hypothèses.
Les calculs ont été effectués avec trois hypothèses de puissance de l'incendie : 30 MW,
60 MW et 90 MW.
La reconstitution a porté sur la vitesse du courant d'air dans le tunnel (déterminant
l'avancement du front de fumée), les températures, les conditions de visibilité et la toxicité
(concentration en CO).
Les résultats obtenus par calcul ont été comparés avec les valeurs qui ont pu être constatées
au moment de l'incendie ; à défaut, la compatibilité de ces résultats avec les effets qui se sont
produits a été vérifiée. Cette comparaison a permis de déterminer que parmi les 3 hypothèses
étudiées, celle d'une puissance de 60 MW conduisait aux résultats les plus proches de la réalité du
sinistre, bien qu'un peu faible, au vu des températures atteintes au voisinage du PL B ; ainsi, dans
cette hypothèse, les concentrations en CO calculées permettraient d'expliquer le décès des victimes
et ce sans prise en compte d'autres paramètres comme par exemple la concentration en suies
particulièrement élevée dans cet incendie.
L'hypothèse de 60 MW a été conservée pour les calculs de scénarios alternatifs afin de
pouvoir comparer les résultats de la manière la plus pertinente possible.
Il convient de noter que les prescriptions de la circulaire du 25 août 2000, relative à la
sécurité dans les tunnels du réseau routier national, sont basées sur un incendie de référence d'une
puissance de 30 MW. Cette différence conduira à s'interroger sur la maîtrise des risques engendrés
par des incendies de très forte puissance.
13
2.3- Etude du scénario R de référence
Ce scénario reprend l'hypothèse d'une puissance de 60 MW.
Le schéma 1 ci-après illustre :

La position au cours du temps des fronts de fumée, côté italien et français, selon les
enregistrements vidéo réels, et selon les reconstitutions numériques du modèle pour les
scénarios R, A et B ;

La position du front de concentration en CO (monoxyde de carbone) à 1000 ppm*, pour
les scénarios R, A et B ; ce seuil de 1000 ppm de CO, incapacitant en 30 mn, est
également représentatif du front des fortes concentrations en particules de fumées, elles
aussi toxiques, avec un effet aggravant par rapport au seul CO.
Le parcours des principaux acteurs impliqués dans cet incendie (chauffeurs du PL C, Titan
italien), ainsi que certains éléments du tunnel (abris) ont été figurés sur ce graphique.
Le scénario R reconstituant l'incendie du 4 juin 2005 met en évidence une progression rapide
du front de fumées, à une vitesse voisine de celle du courant d'air longitudinal local établi dans le
tunnel avant le démarrage de l'incendie (un peu plus de 1 m/s ou 4 km/h). Il atteint l'abri 6, situé à
630 m du PL A, au bout de 7 mn. Compte tenu de la très forte production de fumées lors de
l'incendie de pneumatiques et de leur déstratification rapide du côté « sous le vent », la visibilité
était nulle derrière ce front au delà de quelques dizaines de mètres.
Le front de concentration en CO1 supérieure à 1000 ppm (polluant et concentration choisis
pour estimer la toxicité des gaz) progresse presque à la même vitesse que le front de fumées, et
dépasse l'abri 6 après 9 mn. Les deux conducteurs slovaques étaient restés près de 30 mn dans cet
environnement très agressif lorsqu'ils sont parvenus à la hauteur de l'abri 6 où ils sont décédés.
* Terme figurant dans le glossaire
1 Comme le CETU le signale, l'impact sanitaire des fumées ne se résume pas au seul CO. Les victimes ont également
inhalé une grande quantité de suies qui ont obstrué leurs voies respiratoires. Les effets de ces suies sont assez mal
connues et il n'est pas possible de les quantifier.
14
3- Etude de scénarios alternatifs de mise en oeuvre du désenfumage
dans le cas de l'incendie du 4 juin 2005
Ces scénarios ont pour objectif de tester des variantes du scénario de référence comportant
d'autres hypothèses de mise en oeuvre du désenfumage. Suite à des difficultés de localisation du
foyer, l'extraction n'a, en effet, pas été centrée sur le PL en feu : elle a été effectuée par ouverture
des trappes 45 à 54, alors que le PL A se trouvait à proximité de la trappe 46 ; en outre, sa mise en
route n'a pu avoir lieu que 8 mn et 36 s après l'arrêt de ce PL A.
Deux scénarios ont été étudiés :

Scénario A : le désenfumage est lancé sur les trappes 41 à 50, avec un bon centrage sur la
position réelle du PL A, avec le même délai que le 4 juin 2005 (8 mn et 36 s).

Scénario B : le désenfumage est lancé sur les trappes 41 à 50, deux minutes après le début
de l'incendie. On peut supposer que c'est ce qui se serait produit si un système de
détection automatique d'incident (DAI) qui était en cours d'installation lors de l'incendie,
avait déjà été en service1.
Ces scénarios conservent tous les autres paramètres de l'événement réel et notamment la
position de l'incendie à 5938 m de l'entrée française et la même différence de pression
atmosphérique entre les deux têtes de tunnel (100 Pa*) que le 4 juin 2005. Il n'a pas été étudié de
scénario intégrant un contrôle automatique du courant d'air longitudinal, car ce scénario aurait été
proche du scénario B du fait que l'incendie est situé dans une zone de faible vitesse de ce courant
d'air (moins de 1 m/s).
* Terme figurant dans le glossaire
1 Il convient de noter que comme tout système de détection, la DAI a un taux de fiabilité qui ne peut atteindre les
100% et qu'en outre, la première alarme qui remonte au PCC ne coïncide pas nécessairement avec l'arrêt du véhicule,
ce qui peut entraîner une incertitude sur la localisation exacte de l'incendie
15
16
3.1- Désenfumage centré sur le foyer de l'incendie, avec même délai de mise
en route que pour l'événement réel (scénario A)
Côté italien, le front de fumée atteint l'abri 6 en 6 mn après l'arrêt du PL A ; il se stabilise
après 12 à 13 minutes, entre l'abri 6 et l'abri 7, puis il reflue lentement et ne revient au niveau de
l'abri 6 qu'après une trentaine de minutes. Les conditions de visibilité dans la zone critique entre le
PL A et l'abri 6 ne sont donc guère modifiées par rapport au scénario de référence.
Le front des 1000 ppm de CO progresse jusqu'à l'abri 6 à la même vitesse que dans le
scénario de référence ; il s'y stabilise ensuite, contrairement à ce qui se passe dans ce scénario de
référence. Cependant les concentrations en gaz toxiques et en suies, dans la zone parcourue par les
chauffeurs du PL C, restent pratiquement les mêmes, à un niveau très élevé et la visibilité n'est pas
améliorée ; de ce fait, leurs conditions de survie ne sont pas meilleures.
Par ailleurs, côté France, la persistance d'une nappe de retour très chaude et concentrée en
suies, plus importante qu'en scénario de référence, est de nature à gêner significativement
l'intervention des sapeurs-pompiers.
Ce scénario A n'apporte donc que très peu d'amélioration par rapport au cas réel.
3.2- Désenfumage centré sur le foyer de l'incendie, avec mise en route au bout
de deux minutes (scénario B)
Les fumées, mieux maîtrisées, se propagent jusqu'au PL D, puis n'avancent que très
lentement et n'atteignent pas l'abri 6 qui reste donc visible et accessible ; l'intervention des secours
est donc grandement facilitée du côté italien, tout au moins jusqu'à ce niveau qui se situe à plus de
600 m de l'incendie.
Le front de haute toxicité (1000 ppm de CO) est très proche de celui des fumées et ne
dépasse guère le PL D. Les deux chauffeurs du PL C auraient néanmoins dû séjourner près d'une
dizaine de minutes dans un milieu hautement toxique, ce qui ne permet pas de conclure avec
certitude qu'ils auraient survécu.
Le délai de mise en route du désenfumage est donc un paramètre crucial et l'intérêt de la
DAI, qui permet (sous réserve du taux de fiabilité de cet équipement) de réduire ce délai, est
parfaitement démontré.
Ce scénario B apporte ainsi une amélioration significative des conditions régnant dans le
tunnel pour l'intervention des secours par rapport au cas réel.
17
4- Etude de scénarios illustrant l'influence du lieu de l'incendie et des
conditions atmosphériques
4.1- Risques mis en évidence par l'incendie du 4 juin 2005
L'incendie du 4 juin 2005 a mis en évidence l'importance des risques résultant d'incendies de
forte puissance en tunnel, avec la forte probabilité d'une impossibilité d'accès des services de
secours par l'un des deux côtés.
Alors que la réglementation technique applicable se réfère à des incendies de 30 MW, des
incendies plus puissants peuvent être produits par des matériaux à combustion fortement
exothermique et haut pouvoir fumigène tels que des pneus (cas du Fréjus), ou de la margarine et de
la farine (cas du Mont-Blanc le 24 mars 1999). De tels cas peuvent se reproduire et doivent être
envisagés dans les scénarios d'intervention et de secours. Il faut en effet alors faire face à des
conditions ambiantes aggravées : déstratification rapide des fumées, très forte toxicité,et très forte
opacité et température élevée.
L'analyse du scénario B ci-dessus montre que, dans le nouveau contexte de sécurité mis en
place au Fréjus (équipement en DAI, postes de secours en tunnel permettant une intervention
rapide), la sécurité des usagers dans un cas similaire à celui du 4 juin 2005 serait nettement mieux
assurée.
Cependant le déroulement de cet incendie a bénéficié de deux facteurs favorables dont la
présence ne serait nullement garantie en cas de nouvel incendie dans le tunnel :

d'une part, la localisation de l'incendie dans une zone où la vitesse du courant d'air
longitudinal préétabli était faible ;

d'autre part, l'absence d'autocar parmi les usagers bloqués sous le vent de l'incendie ; or la
présence d'un autocar, avec un nombre important de voyageurs éventuellement âgés ou
handicapés, peut compliquer sensiblement l'action des secours et retarder la mise en
sécurité des usagers. Rappelons que le 4 juin 2005 un autocar a été bloqué (sans
dommage) du côté français au vent de l'incendie, et qu'un autre s'apprêtait à partir sur la
plateforme italienne et aurait pu être bloqué sous le vent de l'incendie avec des
conséquences potentiellement graves.
C'est pourquoi d'autres scénarios ont été testés à l'aide des modèles numériques du CETU, en
envisageant des incendies de même puissance localisés dans des zones à vitesse élevée du courant
d'air longitudinal.
4.2- Présentation des scénarios alternatifs étudiés
Ces scénarios ont pour objectif d'examiner les difficultés supplémentaires qui auraient pu
être rencontrées dans des conditions plus défavorables.
L'avancement du front de fumée au cours du temps est, en effet, directement lié au courant
d'air longitudinal régnant dans le tunnel. La différence de pression atmosphérique existant entre les
deux sorties du tunnel provoque un flux naturel en direction de l'Italie auquel se combine le
soufflage d'air frais par les carneaux de ventilation (voir § 4.6.9.1 du rapport provisoire). En régime
habituel, le courant d'air résultant se dirige généralement vers les deux extrémités du tunnel et
possède donc un point de vitesse nulle situé à proximité du milieu de l'ouvrage. La vitesse de ce
courant d'air est d'autant plus grande que l'on s'approche de la sortie française ou italienne ; elle est
également influencée par la différence de pression atmosphérique entre ces deux sorties qui accélère
19
le courant d'air dans le sens de la différence de pression.
L'un des objectifs du mode de ventilation mis en oeuvre en cas d'incendie est de parvenir à
annuler la vitesse du courant d'air au droit du foyer afin de cantonner les fumées dans la zone
d'extraction ; ceci va évidemment s'avérer difficile, voire impossible, si ce foyer se situe dans une
zone de fort courant d'air initial.
Le 4 juin 2005, le PL A se trouvait à proximité du milieu du tunnel, dans une zone de faible
courant d'air et la différence de pression atmosphérique entre les deux têtes du tunnel était
également faible (100 Pa).
Il est donc apparu intéressant de réaliser des simulations avec un incendie de puissance
équivalente (60 MW) qui se serait situé dans une zone de fort courant d'air. Les simulations ont été
réalisées avec des incendies plus proche d'une tête de tunnel et en faisant varier la différence de
pression atmosphérique entre les têtes de tunnel. Trois positions de l'incendie ont été retenues :

Incendie à 1700 m de l'entrée française (Scénario V1) ;

Incendie à 8130 m de l'entrée française (Scénarios V2) ;

Incendie à 10 730 m de l'entrée française (Scénario V3).
Compte tenu de la lourdeur des calculs et du temps qu'ils nécessitaient, seul le premier
scénario a été étudié par simulation 3D ; les autres scénarios ont fait l'objet d'une analyse
monodimensionnelle qui permet toutefois une bonne évaluation des conditions attendues en tunnel
en matière de vitesse du courant d'air et d'enfumement.
Tous ces scénarios comportent un incendie de puissance 60 MW, avec une mise en route du
désenfumage au bout de 2 minutes environ, ainsi que la DAI devrait le permettre dans des
conditions optimales.
4.3- Cas d'un incendie à 1700 m de l'entrée française (Scénario V1)
Ce cas a été étudié par simulation en 3D.
Les conditions atmosphériques retenues sont celles du 4 juin 2005 (différence de pression = 100 Pa)
le désenfumage est mis en route au bout de 2 mn.
Le courant d’air initial simulé est dirigé vers la France et sa vitesse est de 4 m/s. Les fumées
sont donc balayées vers la tête française et la vitesse du front est assez proche de celle du courant
d’air.
La figure ci-après montre la propagation des fronts de fumée.
20
Côté français, la longueur enfumée est de près de 900 m après de 3 mn Cette zone enfumée
atteint un maximum de 1350 m au bout de 7 mn, et s'étend alors presque jusqu'à la tête française du
tunnel ; puis, elle reflue lentement pour se stabiliser à un peu moins de 300 m du point d'incendie au
bout de 21 mn
Du côté italien, la nappe de retour ne commence à se développer qu'au bout de 5 mn et se
stabilise à une longueur d'environ 300 m, au bout de 14 mn.
Le front de haute toxicité (concentration en CO à 1000 ppm) atteint une zone d'environ
300 m en 9 mn du côté français et atteint, 14 mn après le début de l'incendie, une extension similaire
du côté italien. Le front de moyenne toxicité (300 ppm) s'est étendu jusqu'à 500 m du côté français
avant de refluer.
La concentration du CO étant aussi représentative de la concentration des particules de
fumée, il apparaît que les fumées qui se sont étendues jusqu'à 900 m du côté français, produites
alors que l'incendie n'était pas encore à pleine puissance et diluées par le courant d'air longitudinal,
ne sont probablement pas très denses même si elles peuvent néanmoins atteindre une opacité
gênante ; la visibilité est estimée à 20 m après 2 mn dans la majeure partie de la zone enfumée.
On constate donc que dans un premier temps les fumées s'étendent du côté français à la
vitesse du courant d'air préétabli ; mais le système d'extraction parvient ensuite progressivement à
neutraliser la vitesse du courant d'air longitudinal, et ramène progressivement la zone enfumée sur
21
une section de 300 m environ de part et d'autre du point d'incendie.
Dans ce scénario, les usagers arrêtés sous le vent de l’incendie seraient donc atteints
rapidement par le front de fumée, mais ils ne devraient pas y séjourner très longtemps ni être
exposés à une atmosphère très toxique sous réserve qu'ils se soient éloignés de plus de 300 m du
foyer d'incendie. Certains pourraient cependant rencontrer des difficultés pour identifier l'abri 1 et
s'y réfugier, celui ci se trouvant à 150 m côté français du foyer d'incendie et étant rapidement atteint
par les fumées. L'arrivée rapide des agents de sécurité joue ici un rôle important.
L'intervention des secours serait donc difficile, du côté français, mais, les usagers auraient
tout de même, de bonnes chances de survie.
4.4- Cas d'un incendie à 8130 m de l'entrée française (Scénarios V2)
Ces scénarios ont été étudiés à l'aide d'un modèle monodimensionnel ; ce modèle n'a pas
permis de retracer les courbes de concentration en CO qui auraient souffert d'une trop grande
imprécision.
La figure ci-après montre l'avancement du front de fumée, côté italien, pour des différences
de pression atmosphérique entre les deux têtes de tunnel de 100 Pa (cas du 4 juin 2005), 450 Pa et
600 Pa. La vitesse du courant d'air longitudinal préétabli vers la tête italienne, de l'ordre de 4 m/s
pour 100 Pa, augmente avec la différence de pression entre les têtes de tunnel.
Les seuils de différence de pression choisis pour l'étude sont voisins de ceux qui figurent
dans le règlement de circulation du tunnel pour des mesures d'exploitation spécifiques, et
notamment l'interdiction aux PL au dessus de 650 Pa.
La puissance de l'incendie est égale à 60 MW, le désenfumage est mis en route au bout de
2 mn.
22
Abri n° 10
Abri n° 9
Abri n° 8
Différence de pression atmosphérique de 100 Pa (scénario V2a)
En l'espace de cinq minutes, la fumée s'étend sur une distance d'environ 750 m en direction
de l'Italie ; puis, elle reflue lentement.
Même si l'action des secours peut être gênée au départ, les chances de survie des usagers
paraissent donc bonnes s'ils quittent leurs véhicules pour rejoindre l'abri le plus proche. L'abri 8,
situé à 670 m du foyer d'incendie, n'est que brièvement atteint par la fumée.
Différence de pression atmosphérique de 450 Pa (scénario V2b)
Au début de l’incendie, les fumées sont poussées vers la tête italienne par un courant d’air de
4 m/s environ. On peut estimer la vitesse du front (distincte de celle des fumées) à environ 5 m/s
pendant 2 mn.
Coté italien, les fumées sortent donc de la zone d’extraction au bout de 2 mn ; la zone
enfumée atteint 900 m au bout de 3 mn. Le courant d’air n’est ensuite jamais inversé dans la zone
enfumée ; le front continue donc sa progression jusqu’à la tête italienne, à une vitesse d’abord lente,
puis de plus en plus rapidement, notamment dans la zone où le soufflage est actif à plein régime. On
peut estimer le délai d’enfumage complet du tunnel jusqu'à la tête italienne à une vingtaine de
minutes. Cependant ces fumées sont diluées par le courant d'air maintenu.
Côté français, on rencontre au maximum une petite nappe de retour, allant jusqu'à la
première trappe.
23
Si l'intervention des secours du côté français peut se dérouler dans des conditions normales,
elle est rendue plus difficile du côté italien, voire impossible comme le 4 juin 2005. Le tunnel reste
enfumé à la hauteur de l'abri 8.
Différence de pression atmosphérique de 600 Pa (scénario V2c)
L’analyse qualitative est identique à celle du cas précédent ; l’enfumage du tunnel est
cependant un peu plus rapide, avec une vitesse initiale de 4,5 m/s.
Ainsi, la longueur enfumée atteint 1100 m au bout de 3 mn, du côté italien ; tandis, qu'il n'y
a aucune nappe de retour du côté français.
Les conditions d'intervention des secours devraient donc être à peu près similaires au cas
précédent.
4.5- Cas d'un incendie à 10 730 m de l'entrée française (Scénario V3)
Ces scénarios ont été également étudiés à l'aide d'un modèle monodimensionnel ; ce modèle
n'a pas permis de retracer les courbes de concentration en CO qui auraient souffert d'une trop grande
imprécision.
La figure ci-après montre l'avancement du front de fumée, côté italien, pour des différences
de pression atmosphérique entre les deux têtes de tunnel de 100 Pa (cas du 4 juin 2005), 450 Pa et
600 Pa.
La puissance de l'incendie est égale à 60 MW, le désenfumage est mis en route au bout de
2 mn.
Abri n° 11
24
Différence de pression atmosphérique de 100 Pa (scénario V3a)
La zone enfumée s'étend sur environ 1000 m en direction de l'Italie, au bout de 3 mn ; elle
atteint un maximum d'environ 1300 m au bout de 5 mn, puis reflue ensuite lentement. Au droit de
l'abri 11, situé à 630 m du point d'incendie, le tunnel est durablement enfumé.
Même si ces fumées sont relativement diluées, les conditions d'intervention des secours
peuvent être difficiles du côté italien, où ces fumées s'étendent durablement sur plus de 1200 m.
Différence de pression atmosphérique de 450 Pa (Scénario V3b)
Le courant d’air initial est très fort (+7 m/s au droit de l’incendie) et va donc s'étendre
rapidement dans les premières minutes, avec cependant des fumées assez diluées. La zone enfumée
atteint 1300 m du côté de l'Italie au bout de 3 mn. Le front se stabilise à 1800 m au bout de 6 mn,
puis reflue très lentement. L'intervention des secours sera donc extrêmement difficile, voire
impossible du côté italien.
Côté France, une nappe de retour se développe, gênant également l'intervention des secours.
Différence de pression atmosphérique de 600 Pa (scénario V3c)
Le contrôle du courant d'air s'est dégradé par rapport au cas précédent (+7,5 m/s au droit de
l'incendie) ; la zone enfumée atteint 1400 m, du côté de l'Italie, au bout de 3 mn. Le front continue
ensuite sa progression pour sortir par la tête italienne au bout de 7 mn.
La nappe de retour, côté France est très réduite, voire inexistante, facilitant l'attaque du feu
de ce côté ; en revanche, l'intervention des secours du côté italien est rendue extrêmement difficile,
voire impossible.
25
5- Analyse et orientations préventives en cas de forte différence de
pression entre les têtes
5.1- Prise en compte des risques d'incendie dans les consignes d'exploitation
du tunnel
Malgré les gains de sécurité sensibles apportés par la DAI, qui permettent de viser un
lancement du désenfumage au bout de deux minutes et par la présence de postes de secours en
tunnel qui réduisent les délais d'intervention, on constate la persistance de situations potentiellement
dangereuses. Les scénarios examinés ci-dessus ne visent évidemment pas à dresser une carte des
risques résiduels dans le tunnel du Fréjus en cas d'incendie, mais ont mis en évidence des cas
(scénarios des familles V2 et V3) où la mise à l'abri des usagers pourra s'avérer difficile, malgré les
importantes améliorations réalisées ou prévues par les concessionnaires.
Des situations de ce type se produisent lorsque la vitesse du courant d'air initial est élevée ;
c'est le cas à proximité des têtes du tunnel, surtout lorsqu'il y a une différence de pression motrice1
importante entre les deux têtes de tunnel. Dans de tels cas, l'avancement du front de fumée est très
rapide et ne peut pas toujours être résorbé par le système d'extraction, ce qui pourrait gêner
considérablement l'intervention des secours, voire la rendre impossible, notamment s'il faut mettre à
l'abri de nombreux usagers vulnérables tels que des passagers d'autocars.
Ces éléments avaient déjà été mis en lumière dans l'étude SETEC TPI/Ferro & Cerioni en
date du 02/12/2003 : Tunnel routier du Fréjus – Contrôle de la vitesse de l'air – Détermination des
algorithmes de désenfumage. Cette étude avait pour but d'optimiser le processus de désenfumage
pour différents scénarios d'incendie ; il est apparu que, lorsque la différence de pression motrice
entre les deux têtes de tunnel est importante, le contrôle du courant d'air n'est pas assuré pour
certaines positions d'incendie. Ainsi, avant l'incendie, une mesure de transit des autocars sous
escorte avait été instaurée en cas de forte différence de pression.
Après l'incendie, le règlement de circulation a été modifié, sur proposition de l'exploitant,
notamment pour améliorer la sécurité des usagers en autocars :

Le 29 juillet 2005 : la distance de sécurité entre un autocar suivant un véhicule de plus de
3,5 tonnes a été a été portée à un minimum de 300 mètres (article 6). De plus, la régulation
de l'accès des autocars a été modifiée de manière à porter de 1500 à 2000 mètres, la
distance entre 2 autocars (article2) ;

le 26 janvier 2006 : la distance de sécurité à l'arrêt entre un autocar suivant un véhicule de
plus de 3,5 tonnes a été portée à un minimum de 200 mètres (article 6).
Dans un deuxième temps, l’exploitant a aussi été conduit à instaurer à titre préventif des
mesures particulières pour le transit des véhicules dans le tunnel lorsque la différence de pression
dépasse certains seuils. On trouvera en annexe 2 la consigne correspondante (CR1003 du
10/02/2006 décrivant les mesures à mettre en place lorsque les seuils de 500 et 650 Pa sont atteints).
Cette consigne, prévoit notamment que :

lorsque la différence de pression motrice entre les têtes dépasse 500 Pa sans dépasser 650
Pa, les autocars peuvent circuler soit isolément accompagnés d'un véhicule de patrouille,
soit par groupes de 4 à 7, escortés sous alternat; en outre le tunnel est fermé aux
transports de matières dangereuses. Les Conditions Minimales d’Exploitation (CME)
mises en place le 1er mai 2007 ont complété cette consigne en fonction de la disponibilité
1 La pression motrice est la pression atmosphérique corrigée de la différence d'altitude entre les têtes de tunnel et de
l'effet « cheminée »
27
des installations de ventilation et en autorisant le passage des convois de matières
dangereuses sous alternat pour purger les plates-formes ;

lorsque la différence de pression dépasse 650 Pa, le tunnel est fermé aux PL ainsi qu'aux
autocars n'effectuant pas un aller-retour dans la journée (les autres restant soumis au
régime décrit ci-dessus).
Toutes ces mesures ont été présentées au Comité de Sécurité et ont été validées par lui.
5.2- Orientations préventives concernant notamment les autocars
La consigne d'exploitation présentée ci-dessus prévoit effectivement un renforcement gradué
des mesures préventives en fonction de la différence de pression atmosphérique entre les têtes.
Lorsque la différence dépasse 650 Pa, l'interdiction des PL supprime tout risque de
développement d'un incendie de forte puissance.
Pour les différences de pression inférieures, la consigne ne permet cependant pas de prévenir
certains risques mis en évidence par l'étude du CETU et notamment ceux qui apparaîtraient dans les
scénarios des familles V2 et V3 présentés ci-dessus.
Ainsi, la fermeture du tunnel aux matières dangereuses (lorsque le seuil de différence de
pression dépasse 500 Pa) laisse circuler dans le tunnel des PL chargés de matières à fort potentiel
calorifique et/ou fumigène en cas d'incendie mais non classées comme dangereuses, qui sont à
l'origine des incendies du 4 juin 2005 au Fréjus et du 24 mars 1999 au Mont Blanc.
Ces risques concernent particulièrement les autocars. Des convois escortés de 4 autocars ou
davantage peuvent rassembler plus de 200 voyageurs, éventuellement âgés ou handicapés, qui
devraient le cas échéant être mis à l'abri en très peu de temps. Même avec une escorte, dont la
mission est aussi d’éteindre un début d’incendie, l'évacuation des autocars ne sera pas facile si le
tunnel est enfumé, alors que les autocars paraîtraient encore offrir un abri précaire; l'acheminement
vers les abris peut également être long, surtout si ceux-ci sont éloignés, dans le contexte actuel où
certaines interdistances entre abris sont importantes.
La capacité des abris actuels (20 à 60 m2 au sol) peut également se révéler insuffisante pour
mettre à l'abri les voyageurs de plusieurs autocars.
En cas d'incendie en présence d'un ou plusieurs autocars, la mise à l'abri des voyageurs peut
donc présenter d'importantes difficultés. Il paraîtrait utile de sensibiliser les compagnies d'autocar
aux contraintes liées aux passages dans les grands tunnels, comme le prévoit la recommandation
R15 du rapport provisoire du BEA-TT (cette recommandation a d'ailleurs été partiellement prise en
compte par l'arrêté du 3 janvier 2008, relatif au programme et aux modalités de mise en oeuvre de la
formation professionnelle initiale et continue des conducteurs de transport routier de marchandises
et de voyageurs, qui comporte un module sur la circulation dans les tunnels). D’autre part, il
convient de veiller à la prise en compte de ce risque dans les exercices annuels ; les consignes
données aux agents de sécurité doivent être préparées avec soin pour faire face aux différents cas de
figure envisageables, et testées à l'occasion d'exercices.
Les consignes d'exploitation doivent également être établies pour réduire le plus possible le
risque d'apparition de situations difficiles à contrôler. En particulier il conviendrait, au delà d'un
seuil de différence de pression à déterminer, d'éviter l'apparition possible de la situation la plus
dangereuse, qui consisterait en la présence simultanée de poids lourds et d'autocars dans le tunnel,
surtout si ces autocars peuvent être groupés. L'acheminement des autocars groupés et escortés, avec
suspension de l'admission des PL pendant le transit du convoi, pourrait répondre à cette
préoccupation.
Les études mériteraient d'être poursuivies en ce sens, à partir des derniers éléments qui
28
viennent d'être apportés, et en fonction de l'évolution des équipements du tunnel.
Recommandation R 18 (concessionnaires, CIG*, Préfet de la Savoie) :
Approfondir l'analyse des risques liés, dans l'état actuel des équipements du tunnel, à la
présence d'autocars sous le vent d'un incendie, ainsi que les scénarios de mises à l'abri des
voyageurs .
Sur la base de cette étude :

Limiter, en présence de poids lourds, le nombre des autocars groupés en tenant
compte de la capacité effective d'accueil des abris,

adapter la consigne d'exploitation en cas de franchissement de certains seuils de
différence de pression et, au-delà d'un seuil de différence de pression à déterminer,
n'autoriser le transit d'autocars groupés qu'assorti d'une suspension de l'accès des
PL pendant la durée de ce transit,

veiller à la prise en compte de scénarios incluant des autocars dans les exercices
annuels afin de vérifier la validité des dispositions de mise en oeuvre des plans de
secours concernant ces voyageurs.
* Terme figurant dans le glossaire
29
6- Expertise du poids lourd à l'origine de l'incendie (PL A)
L'expertise du PL A a permis de déterminer l'origine de l'incendie qui se situe au niveau du
turbo compresseur du poids lourd.
Un turbo compresseur possède une alimentation et une évacuation d'huile, pour le lubrifier et
former le film nécessaire au fonctionnement des paliers de l'arbre. L'huile est identique à celle qui
lubrifie le moteur.
L'alimentation est assurée par une tuyauterie souple qui se termine par un raccord vissé en
partie supérieure et centrale du turbo compresseur. Or, le raccord côté turbo compresseur a été
retrouvé nettement desserré, de l'ordre de deux filets.
Il est donc hautement probable que l'huile sous pression est sortie par ce raccord
insuffisamment serré et s'est vaporisée ; l'aérosol d'huile s'est alors enflammé au contact des parties
très chaudes du moteur (bloc moteur, ligne d'échappement, etc...) et a mis le feu sur le flanc droit du
moteur ; d'où les premières flammes observées légèrement en arrière de la roue avant droite.
Il est à noter que l'implantation du turbo compresseur se trouve précisément dans
l'alignement de l'endroit où les flammes ont été aperçues pour la première fois sur les
enregistrements de la vidéosurveillance du tunnel et qu'il n'existe quasiment pas d'obstacle entre le
turbo et la roue avant droite, si ce n'est une simple enveloppe en matière synthétique.
D'autre part, il a été retrouvé sur certaines parties du turbo compresseur (tuyauterie de
vidange et collecteur d'échappement) des pièces de fixation qui ne sont pas d'origine et qui pour
certaines ne sont pas conformes. Ceci prouve que le turbo compresseur avait déjà été l'objet d'une
intervention avec dépose et repose.
Cet incendie a donc probablement pour origine un défaut d'entretien.
On peut noter qu'il ne s'agit pas du cas le plus fréquent d'incident sur les turbo compresseurs
qui consiste en une rupture de l'arbre par usure au bout d'un certain kilométrage. Dans ce cas, la
perte de puissance du moteur est soudaine et brutale, alors que pour l'incident qui est à l'origine de
l'incendie étudié dans le présent rapport, ce phénomène a pu se développer sur plusieurs minutes
avant de provoquer l'arrêt du PL A.
31
7- Conclusions
7.1- Facteurs de risques mis en évidence par l'étude
L'étude réalisée par le CETU a mis en évidence la persistance de situations potentiellement
dangereuses, en cas d'incendie, lorsque la vitesse du courant d'air initial est élevée. C'est le cas à
proximité des têtes du tunnel, surtout lorsqu'il y a une différence de pression motrice importante
entre les deux têtes de tunnel.
La consigne d'exploitation du tunnel prévoit un renforcement gradué des mesures
préventives en fonction de cette différence de pression motrice ; toutefois, le problème particulier
posé par la présence possible d'autocars, lors d'un incendie survenant dans un tel contexte, devrait
être l'objet d'une attention renforcée.
7.2- Recommandation complémentaire
Ceci conduit donc à émettre la recommandation complémentaire suivante :
Recommandation R 18 (concessionnaires, CIG, Préfet de la Savoie) :
Approfondir l'analyse des risques liés, dans l'état actuel des équipements du tunnel, à la
présence d'autocars sous le vent d'un incendie, ainsi que les scénarios de mises à l'abri des
voyageurs .
Sur la base de cette étude :

Limiter, en présence de poids lourds, le nombre des autocars groupés en tenant
compte de la capacité effective d'accueil des abris,

adapter la consigne d'exploitation en cas de franchissement de certains seuils de
différence de pression et, au-delà d'un seuil de différence de pression à déterminer,
n'autoriser le transit d'autocars groupés qu'assorti d'une suspension de l'accès des
PL pendant la durée de ce transit,

veiller à la prise en compte de scénarios incluant des autocars dans les exercices
annuels afin de vérifier la validité des dispositions de mise en oeuvre des plans de
secours concernant ces voyageurs.
33
ANNEXES
Annexe 1 : Reconstitution numérique de l'incendie du 4 juin 2005 et étude de scénarios
alternatifs - Fascicule 0 : Synthèse générale de l'étude
Annexe 2 : Consigne pour le transit des véhicules en tunnel lors d'un dépassement du seuil
de différence de pression atmosphérique (SITAF/SFTRF) .
35
Annexe 1 : Reconstitution numérique de l'incendie du 4 juin 2005 et étude de
scénarios alternatifs - Fascicule 0 : Synthèse générale de l'étude
37
direction
générale
des Routes
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des Tunnels
rapport d’étude
Bureau d’Enquêtes sur les Accidents de Transports Terrestres
Reconstitution numérique de l’incendie du 4 juin 2005
dans le tunnel routier du Fréjus et étude de scénarios alternatifs
Rapport final
Fascicule 0
Synthèse générale de l’étude
Septembre 2007
Cetu
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Reconstitution numérique de l’incendie du 4 juin 2005 dans le tunnel du Fréjus
Sommaire
Objectifs de l’étude et méthodologie générale................................................. 4
Phase 1 : Préparation et calage du modèle........................................................5
Phase 2 : Reconstitution de l’incendie............................................................. 6
Phase 3 : Étude de scénarios alternatifs de désenfumage................................ 7
Phase 4 : Influence du lieu de l’incendie et des conditions atmosphériques
extérieures......................................................................................................... 8
Influence de la position de l’incendie........................................................................................ 9
Étude monodimensionnelle de la propagation des fronts en fonction des différences de
pression et de la position de l’incendie.................................................................................... 10
Conclusion générale de l’étude....................................................................... 10
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Reconstitution numérique de l’incendie du 4 juin 2005 dans le tunnel du Fréjus
Objectifs de l’étude et méthodologie générale
L’étude présentée dans le présent rapport a été réalisée par le Centre d’Études des Tunnels
à la demande du Bureau d’Enquêtes sur les Accidents de Transports Terrestres, dans le
cadre de son enquête administrative sur l’incendie d’un poids lourd survenu le 4 juin 2005
dans le tunnel routier du Fréjus. Cet accident a fait deux victimes décédées.
L’étude vise à préciser l’enquête technique du BEA-TT et à aider celui-ci à formuler ses
recommandations sur les points relatifs au désenfumage du tunnel. On peut résumer ses
objectifs comme suit :
—
Simuler numériquement l’évolution de l’enfumage de l’ouvrage au début de
l'incendie, afin notamment de valider la méthode de calcul et d'estimer l'ordre de
grandeur de la puissance thermique qui conduit aux conditions rencontrées le 4 juin
2005.
—
Estimer comment ces conditions auraient été modifiées, d’une part si la localisation
de l’incendie avait pu être plus précise, et d’autre part si en outre le délai de mise en
marche du désenfumage avait pu être réduit ; ces scénarios supposent des
équipements qui n’étaient pas encore en fonction au moment de l’incendie mais le
sont aujourd’hui.
—
Enfin, obtenir une vision du comportement probable des fumées si un incendie
similaire survenait à un endroit différent dans l’ouvrage et/ou avec des conditions
atmosphériques externes différentes, dans les conditions actuelles d'équipement du
tunnel. Un certain nombre de cas ont été sélectionnés.
L’étude a été menée à l’aide d’un logiciel industriel de mécanique des fluides numérique,
technologie souvent désignée par Computational Fluid Dynamics ou CFD. Ce type de logiciel
résout de façon approchée les équations fondamentales de la mécanique des fluides,
éventuellement couplées à d’autres modèles physiques (réactions chimiques, transfert de
masse entre phases, etc.), sur un maillage tridimensionnel (dit « 3D ») du domaine spatial
étudié. Ce type de modélisation suppose de faire un certain nombre de choix entre
plusieurs modèles possibles pour un même phénomène. Ces choix doivent résulter d’un
compromis entre la précision recherchée, l’adaptation du modèle au problème physique
étudié et le coût du calcul. Les calculs CFD transitoires (c'est à dire ceux qui simulent
l'évolution des conditions dans le temps) peuvent en effet être extrêmement longs (de
l’ordre de plusieurs semaines de calcul). Le fascicule 1 du rapport expose les choix de
modélisation effectués.
Il faut être bien conscient des limitations de ces simulations. La nature des équations
interdit toute résolution exacte et leur difficulté impose des méthodes numériques
complexes qui donnent une approximation de la solution et doivent entre autres tenir
compte de phénomènes à caractère aléatoire comme la turbulence. Certains aspects ne sont
pas modélisés ou ne le sont que de façon très schématique. Par ailleurs, les données et les
paramètres physiques sont eux-mêmes soumis à des incertitudes. Il ne faut donc pas
considérer les résultats comme des chiffres certains, mais plutôt s'attacher aux tendances
que les simulations permettent de mettre en évidence.
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L’étude s'est déroulée en quatre phases dont les résultats sont résumés dans les paragraphes
suivants.
Phase 1 : Préparation et calage du modèle
Un nombre important de calculs préliminaires destinés à optimiser le calcul 3D ont été
réalisés. Ils ont permis de mettre au point le maillage 3D ainsi que différents choix de
modélisation.
Le maillage représente un tronçon de tunnel d’une longueur approximative de 1300 m, soit
un peu plus que la longueur de la zone d’extraction. Les conditions aux limites du domaine
ont cependant été soigneusement ajustées pour tenir compte au mieux de l’écoulement
dans le reste de l’ouvrage. On a pour cela utilisé des simulations monodimensionnelles
(1D). Ce type de modélisation suppose que les variables physiques sont uniformes dans une
section transversale donnée du tunnel. On ne reproduit donc pas les phénomènes de
stratification des fumées, et la propagation du front est mal décrite. Cela interdit l’utilisation
de tels modèles pour l’étude complète. En revanche, les calculs 1D sont très rapides et bien
adaptés pour évaluer les conditions générales d’écoulement dans un ouvrage long comme le
tunnel du Fréjus. Des simulations 1D ont donc été effectuées et comparées aux mesures
anémométriques du 4 juin 2005 ; leurs résultats ont ensuite servi à caler les paramètres du
modèle 3D.
La gaine de désenfumage est modélisée afin que la répartition des débits d’extraction entre
les trappes de désenfumage soit réaliste.
Le modèle 3D prend en compte les effets dits de flottabilité (variation de la masse
volumique de l’air en fonction de la température), la turbulence, le transfert de chaleur à
travers les parois du tunnel. Le transfert de chaleur est modélisé explicitement dans la dalle
de faux plafond car c’est à cet endroit que se produisent les transferts les plus importants.
Le foyer est modélisé par une simple source de chaleur ; la réaction de combustion n’est
pas simulée. Le calcul est ainsi beaucoup plus rapide et stable ; il donne des résultats
physiquement acceptables dans la zone du foyer et réalistes lorsqu’on s’en éloigne. Pour des
foyers aussi complexes et faisant intervenir des combustibles solides, les modèles de
combustion « simples », c’est-à-dire nécessitant des temps de calcul raisonnables, ne
donnent pas forcément de meilleurs résultats.
La durée d’incendie simulée est de 24 minutes pour tous les calculs 3D. Le calcul s’arrête au
moment où les premières modifications ont été apportées à la stratégie de désenfumage.
Tenir compte de ces modifications aurait obligé à rallonger significativement le domaine de
calcul ; en outre, on considère généralement que la sécurité des personnes est conditionnée
par le déroulement des premières minutes de l’incendie. Enfin, les moyens dont dispose le
Cetu ne permettent pas de simuler des durées plus longues en un temps de calcul
raisonnable : une simulation de 24 minutes d’incendie avec les modélisations retenues
nécessite deux à trois semaines de calcul.
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Phase 2 : Reconstitution de l’incendie
Après la phase de préparation et de calage du modèle, les premières simulations ont visé à
retrouver par le calcul les conditions physiques rencontrées dans le tunnel au début de
l'incendie du 4 juin 2005.
Les principaux éléments factuels de l’incendie qui ont servi à élaborer les simulations sont
les suivants :
—
Le poids lourd en feu, dit PL A, circulant dans le sens France-Italie, s’arrête à
5938 m de la tête française, c’est-à-dire près du milieu de l’ouvrage ; la puissance du
feu commence à croître significativement à ce moment.
—
À cet instant, la ventilation sanitaire est en fonction avec un soufflage d’air frais
dans tout le tunnel. Les conditions extérieures et la position centrale de l’incendie
font que le courant d’air à cet endroit est faible, de l’ordre de 1 m/s dans le sens
France-Italie.
—
Après quelques modifications de ventilation n’ayant pas entraîné de changement
significatif des conditions aérauliques dans le tunnel, le désenfumage est lancé
8 minutes et 46 secondes après l’arrêt du PL A. 10 trappes de désenfumage sont
ouvertes : une du côté France par rapport au PL A, 9 du côté Italie, alors que le
désenfumage s’effectue théoriquement de manière symétrique par rapport au feu.
—
Les véhicules légers présents dans le tunnel traversent la fumée ou font demi-tour
et sortent de l’ouvrage. Trois poids lourds (PL B, PL C, PL D) sont arrêtés par la
fumée dans le sens Italie-France. Les chauffeurs des PL A, B et D sont évacués à
bord de véhicules légers. Les deux chauffeurs du PL C, qui n’ont pas quitté
immédiatement leur véhicule, sont piégés par la fumée et trouveront la mort. Ils
seront tous les deux retrouvés au voisinage de l’abri 6, qui se trouve à un peu plus
de 500 m du PL A du côté italien.
La figure ci-dessous résume la disposition des véhicules dans le tunnel ainsi que la position
des trappes de désenfumage et de l’abri 6.
Figure 1: Position des véhicules et des issues dans le tunnel.
Trois hypothèses ont été considérées pour la puissance maximale du feu : 30, 60 et 90 MW
Pour chaque hypothèse, on a supposé une montée en puissance progressive en 7 à
11 minutes.
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Les trois simulations réalisées permettent de retrouver l’évolution observée du courant d’air
au droit de l’incendie, où la vitesse est initialement de moins de 1 m/s en direction de
l’Italie puis, une fois le désenfumage en fonction, atteint environ 3,5 m/s dans cette même
direction.
En termes de déplacement des fronts de fumée, les trois hypothèses donnent des résultats
assez conformes aux observations effectuées. Il n’est pas possible d’écarter l’une ou l’autre
des hypothèses sur ce seul critère.
L’hypothèse de puissance 30 MW apparaît en revanche trop faible lorsqu’on s’intéresse aux
températures atteintes dans le tunnel. On remarque notamment que la température au
voisinage du PL B aurait été trop basse pour que ce véhicule s’enflamme comme cela a été
le cas.
À l’inverse, une puissance de 90 MW semble surestimée. Le calcul prévoit pour cette
puissance des températures d’air supérieures à 100°C sur une grande partie de la zone
enfumée, ce qui impliquerait que les deux victimes, qui ont séjourné assez longtemps dans
ces conditions, aient subi des brûlures dont il n’est aucunement fait mention par ailleurs.
Une puissance de 60 MW semble donc être l’hypothèse la plus proche de la réalité du
sinistre, bien qu’un peu faible, là encore au vu des températures atteintes au voisinage du
PL B. Cette valeur a été retenue pour la suite de l’étude afin de faciliter la comparaison des
résultats.
Avec cette puissance d'incendie, les températures calculées au voisinage des différents
équipements du tunnel : câble radio, éclairage, plots de jalonnement, etc. permettent
d’expliquer les défaillances constatées. Les températures calculées dans les structures de
génie civil sont également cohérentes avec les dégradations qu’elles ont subies.
En termes de toxicité, le calcul avec une puissance de 60 MW donne des valeurs de l’ordre
de 1000 ppm pour la concentration en CO à laquelle les victimes ont été exposées. On
estime qu’un sujet moyen peut résister à de telles concentrations pendant environ 30
minutes. Passé ce délai, le sujet peut être toujours vivant mais dans l’incapacité de se
soustraire au danger par ses propres moyens. L’impact sanitaire des fumées ne se résume
cependant pas au seul CO ; les victimes ont également inhalé une grande quantité de suies
qui ont obstrué leurs voies respiratoires. Les effets de ces suies sont assez mal connus et il
n’est pas possible de les quantifier.
Enfin, la visibilité calculée était, dans tous les cas considérés, nulle partout où de la fumée
était présente (la progression n’était possible qu’à tâtons), et ceci dès les premières minutes
du sinistre.
Phase 3 : Étude de scénarios alternatifs de désenfumage
Deux scénarios de désenfumage alternatifs ont fait l'objet de simulations 3D afin d'évaluer
l’apport des équipements mis en fonction dans le tunnel postérieurement à l’incendie.
Les conditions de l’incendie étaient celles du 4 juin 2005 (pressions atmosphériques,
emplacement du foyer). L’hypothèse de puissance maximale de 60 MW a été utilisée. Pour
ces deux scénarios, le désenfumage a été effectué à l’aide de 5 trappes de chaque côté de
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Reconstitution numérique de l’incendie du 4 juin 2005 dans le tunnel du Fréjus
l’incendie, contrairement à ce qui s’est passé le 4 juin 2005 (extraction avec une trappe côté
France et 9 côté Italie). La seule différence entre les deux scénarios alternatifs était le délai
de mise en fonction du désenfumage : 8 min 45 s (identique à ce qui s’est passé le 4 juin
2005) pour le scénario A, 2 min pour le scénario B. Ce dernier scénario peut être considéré
comme une représentation de ce qui aurait pu se passer si le tunnel avait été équipé d’une
détection automatique d’incident en fonctionnement à la date du sinistre.
Les résultats du scénario A (désenfumage centré sur l’incendie mis en marche au bout de
8 min 45) ont montré que le front de fumée aurait eu le temps de se propager vers l’Italie
bien au-delà de l’abri 6 avant que le désenfumage ne soit actif à plein régime. Une fois le
désenfumage activé, le front de fumée est progressivement ramené vers la zone
d’extraction. Cependant, on estime qu’il faut attendre environ 30 minutes pour que l’abri 6
soit de nouveau libre de fumée. La longueur du domaine modélisé dans le calcul ne permet
pas d’être plus précis. En régime établi, c’est-à-dire une fois les conditions stabilisées dans
le tunnel, le front de fumée côté Italie reste à l’intérieur de la zone d’extraction et l’abri 6 est
donc hors de la zone enfumée. Les conditions subies par les deux chauffeurs du PL C
auraient donc été très mauvaises (visibilité nulle, atmosphère toxique) pendant une
vingtaine de minutes. Leur survie n’était donc pas garantie.
Le scénario B (désenfumage en 2 minutes) donne des résultats plus satisfaisants en termes
de sécurité. La progression du front de fumée en direction de l’Italie est fortement ralentie
dès que le désenfumage atteint un niveau suffisant. Le front de fumée stagne pendant
plusieurs minutes au voisinage du PL D avant de reprendre sa progression vers l’Italie. Il ne
dépasse ensuite pas la limite de la zone d’extraction, et l’abri 6 ne se trouve donc jamais
dans la zone enfumée. Cela crée des conditions beaucoup moins défavorables à l’autoévacuation des chauffeurs du PL C : pendant plus de 10 minutes, ils auraient ainsi eu moins
de 250 m à parcourir pour sortir de la zone enfumée. Ils seraient donc probablement sortis
de la fumée en effectuant le même parcours que dans l’incendie réel. Cela ne permet
cependant pas de conclure avec certitude sur leurs chances de survie, l’atmosphère
demeurant très nocive dans la zone enfumée.
Du côté français, on observe pour les deux scénarios la remontée d’une nappe de fumée
sur environ 150 m. Cette remontée de fumée aurait pu gêner l’intervention des secours,
mais la longueur de la nappe reste modeste.
Un troisième scénario alternatif de désenfumage avait été envisagé afin d’examiner en outre
l’effet du système de contrôle automatique du désenfumage mis en fonction après
l’incendie du 4 juin 2005. Ce scénario n’a toutefois pas fait l’objet d’une simulation 3D car
les résultats auraient été proches de ceux du scénario B où le courant d’air est de fait bien
contrôlé au droit de l’incendie.
Phase 4 : Influence du lieu de l’incendie et des conditions
atmosphériques extérieures
Les différences entre l’incendie tel que reconstitué dans la phase 2 et les scénarios
alternatifs étudiés dans la phase 3 portaient uniquement sur la commande de la ventilation
du tunnel. Les autres paramètres n’ont pas été modifiés, notamment la différence de
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pression atmosphérique entre les têtes et la position de l’incendie dans le tunnel. Or ces
paramètres sont importants car ils déterminent les conditions aérauliques dans le tunnel,
aussi bien au début de l’incendie qu’une fois le désenfumage mis en fonction. Il a donc été
décidé de réaliser un calcul dans lequel le courant d’air initial serait plus fort ; dans les
conditions météorologiques du 4 juin 2005, on aurait pu obtenir ces conditions si l’incendie
s’était déclaré plus près d’une tête.
Le nombre de combinaisons de paramètres étant très grand, on a également cherché à
mettre au point une méthode plus rapide pour estimer les déplacements des fronts de
fumée.
Influence de la position de l’incendie
Un calcul 3D a été réalisé en supposant que l’incendie se trouvait à 1700 m environ de la
tête française (au lieu du PM 5938 qui est presque au milieu de l’ouvrage). La différence de
pression atmosphérique entre les têtes a été prise égale à celle du 4 juin 2005, soit 100 Pa.
La DAI et le système de contrôle du courant d’air ont été supposés installés et en
fonctionnement comme c’est actuellement le cas (on rappelle que ces deux équipements
n’étaient pas encore en fonction à la date de l’incendie). Le désenfumage a été supposé
centré sur l’incendie et lancé en 2 minutes. La principale différence par rapport au scénario
alternatif B est que le courant d’air initial était nettement supérieur, de l’ordre de 4 m/s
dans le sens Italie-France. L’intérêt de ce calcul est d’évaluer la durée de la phase transitoire
du désenfumage ainsi que les conditions au début de l’incendie dans un cas où le
désenfumage est théoriquement performant mais où les conditions initiales ne sont pas très
favorables.
Ce courant d’air fort entraîne rapidement les fumées en direction de la tête française dans
les premières minutes de l’incendie. La position du front se stabilise après 6 à 7 minutes
d’incendie. Dans le même temps, une nappe de fumée se développe du côté italien. La
longueur enfumée maximale est atteinte après 8 minutes d’incendie ; elle est de 1450 m
environ. Le front de fumée côté France revient alors lentement vers le foyer et la zone
enfumée se stabilise après une vingtaine de minutes sur une longueur légèrement inférieure
à 600 m.
En régime établi, les fumées sont bien maîtrisées mais la phase transitoire peut s’avérer
problématique. Par exemple, un usager qui se trouverait à 400 m du foyer côté France
verrait le front de fumée arriver sur lui moins de deux minutes après le début de l’incendie,
à une vitesse d’environ 5 m/s (18 km/h). Il resterait dans la fumée pendant environ
10 minutes. Si l’usager se trouve plus près du feu, le front arrive plus vite sur lui et la durée
d’exposition à la fumée est considérablement allongée. Les gaz toxiques auxquels seraient
exposés ces usagers sont assez fortement dilués par le courant d’air ; les effets irritants des
suies peuvent cependant être gênants.
La longueur de l’ouvrage, et donc les forts courants d’air générés par la ventilation sanitaire,
peuvent donc rendre problématiques les premières minutes d’un incendie même si le
contrôle des fumées est bon une fois les conditions stabilisées.
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Reconstitution numérique de l’incendie du 4 juin 2005 dans le tunnel du Fréjus
Étude monodimensionnelle de la propagation des fronts en fonction des différences de pression
et de la position de l’incendie
Une multitude d’autres scénarios peuvent être envisagés en fonction de différents
paramètres, notamment la différence de pression entre les têtes du tunnel et la position de
l’incendie. Les étudier de manière exhaustive au moyen de simulations 3D serait
extrêmement lourd.
Il a donc été décidé de se concentrer sur le déplacement des fronts de fumée, qui est la
principale variable influençant la sécurité des usagers, du moins dans un tel cas d’incendie
de forte puissance produisant beaucoup de suies, où la visibilité est systématiquement nulle
et la toxicité assez élevée dans la zone enfumée . Le déplacement des fronts de fumée peut
être estimé à partir de simulations monodimensionnelles isothermes transitoires et d’une
analyse experte des résultats à la lumière des résultats 3D déjà obtenus. On a en effet déjà
récolté un certain nombre d’informations sur le comportement des fronts en présence d’un
courant d’air plus ou moins bien contrôlé ainsi que sur les phases transitoires. Cette
démarche permet d’estimer la longueur maximale de tunnel enfumée et la durée nécessaire
pour atteindre le régime établi.
Quatre scénarios ont ainsi été traités, correspondant à des différences de pression entre les
têtes au-delà desquelles des mesures spécifiques d’exploitation sont prévues et à des
positions de l’incendie dans le tunnel ne permettant qu’un contrôle assez approximatif du
courant d’air. On atteint rarement, dans de tels cas, l’objectif de cantonnement des fumées.
Le tunnel peut être totalement enfumé ; les phases transitoires peuvent également être très
longues.
Conclusion générale de l’étude
Le désenfumage du tunnel du Fréjus lors de l’incendie du 4 juin 2005 n’a pas, pour
différentes raisons, pu être effectué de façon optimale.
La reconstitution de l’incendie a permis de préciser les conditions rencontrées par les
usagers et les secours pendant l’événement. L’étude de scénarios alternatifs de désenfumage
du même incendie a permis d’examiner l’impact des nouveaux équipements mis en
fonction dans le tunnel après l’incendie et destinés à centrer l’extraction sur le foyer et à la
déclencher plus rapidement. On peut retenir les points suivants :
—
Quel que soit le cas de figure, en raison de la forte puissance et du caractère très
fumigène du foyer, les fumées ne sont pas stratifiées de telle sorte que, dans toute
zone où de la fumée est présente, la visibilité est pratiquement nulle, ce qui rend
très difficile l’auto-évacuation des usagers et l’intervention des secours.
—
Un désenfumage centré sur l’incendie permet d’éviter l’enfumage d’une grande
partie du tunnel. Une fois les conditions stabilisées, la zone enfumée a une longueur
d’environ 600 à 650 m.
—
Le délai de mise en marche du désenfumage a une influence très importante sur les
conditions rencontrées par les usagers pris dans la fumée : si le désenfumage est mis
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en marche très rapidement, la distance à parcourir pour sortir de la fumée est
nettement moins longue. Le front de fumée n’atteint en outre jamais l’abri 6.
—
Dans tous les cas de figure, l’atmosphère dans la zone enfumée est très nocive et il
n'est pas certain que la vie des deux chauffeurs aurait été sauvée par un
désenfumage « optimisé » le 4 juin 2005.
Ces résultats confirment l’intérêt des équipements aujourd’hui en place (détection
automatique d’incident et contrôle du courant d’air) pour des situations d’incendie
comparables à celle du 4 juin 2005.
L'étude a par ailleurs examiné comment le même incendie pourrait se dérouler s’il se
produisait en divers endroits du tunnel avec diverses conditions atmosphériques
extérieures, notamment dans des cas plus défavorables, en tenant compte des équipements
aujourd'hui en place. Les principales conclusions sont les suivantes :
—
Si le courant d’air au moment du déclenchement de l’incendie est élevé, du fait que
celui-ci se déroule plus près d’une tête, ou que les conditions météorologiques sont
défavorables, on trouve des résultats bien différents, avec notamment une longueur
de tunnel enfumée beaucoup plus importante pendant la phase transitoire. La
nocivité des fumées à grande distance du foyer est toutefois nettement moindre que
dans un cas comme celui du 4 juin 2005.
—
La performance du contrôle du courant d’air longitudinal en fonction des
différences de pression atmosphériques et de la position de l’incendie dans le tunnel
conditionne la longueur enfumée en régime établi mais aussi la durée de la phase
transitoire, qui peut dépasser les trente minutes. Le courant d’air initial conditionne
essentiellement la longueur maximale de tunnel enfumée.
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Annexe 2 : Consigne pour le transit des véhicules en tunnel lors d'un
dépassement du seuil de différence de pression atmosphérique (SITAF/SFTRF)
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